畢智超，張浩軒，房 歌，郭 澍，熊正琴

（南京農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境科學學院，江蘇南京 210095）

不同配比有機無機肥料對菜地 N2O 排放的影響

畢智超，張浩軒，房 歌，郭 澍，熊正琴*

（南京農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境科學學院，江蘇南京 210095）

【目的】采用靜態(tài)暗箱–氣相色譜法，研究有機無機肥料配施對菜地 N2O 排放的影響。 【方法】試驗期間連續(xù)種植了 4 季蔬菜，分別為香菜、空心菜、菜秧、菠菜，其中香菜和菠菜種植期間有塑料大棚覆蓋。每季蔬菜收獲后至下季蔬菜種植前有時間不等的休耕期。每季蔬菜種植前肥料作為基肥一次性施入，施肥量均為 N 250 kg/hm2，其中空心菜在第二茬收獲后追施 N 250 kg/hm2一次，整個觀測期共施肥 5 次，總施氮量為 N 1250 kg/hm2，同時施入等量 P2O5、K2O。試驗共設 4 個處理：不施氮對照 (CK)、單施化肥 (NPK)、有機無機肥料1∶1 配施 (M1N1) 和有機無機肥料 2∶1 配施 (M2N1)。N2O 排放通量測定頻率為每周一次，每次施肥后則每 2天測定一次。 【結(jié)果】觀測期內(nèi)各處理菜地 N2O 排放主要集中在 4～10 月份，并與 10 cm 土層土壤溫度呈顯著正相關；NPK 處理菜地 N2O 排放通量與土壤無機氮含量顯著相關，其他處理 N2O 排放通量與土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮以及無機氮含量間無顯著相關。整個觀測期內(nèi)土壤充水孔隙度 (WFPS) 介于 39%～59% 之間，土壤水分含量的變化對 N2O 排放通量無顯著影響。與 NPK 處理相比，M1N1 和 M2N1 處理均能保證蔬菜產(chǎn)量穩(wěn)定，并顯著提高空心菜的產(chǎn)量。與 NPK 處理相比，M1N1 處理顯著降低菜地 N2O 周年累積排放量 36%，顯著降低 N2O周年排放系數(shù) 64%。與 M2N1 處理相比，M1N1 處理的 N2O 周年累積排放量和周年排放系數(shù)分別顯著降低 29%和 56%；而 M2N1 處理較 NPK 處理的減排效果不顯著。 【結(jié)論】在集約化菜地適宜的無機有機肥料配比既能保證蔬菜產(chǎn)量，又能減少 N2O 排放，不施或施用有機肥比例過高均不利于減少 N2O 周年排放。本試驗條件下，有機無機肥料以 1∶1 配施是合適的穩(wěn)產(chǎn)減排措施。

集約化菜地；有機無機肥料配施；N2O 排放

集約化菜地是特殊的旱地生態(tài)系統(tǒng)，具有施肥量大、復種指數(shù)高以及農(nóng)事操作頻繁等特點，其施肥量通常是其他農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的 3～4 倍[1]?；瘜W氮肥的大量施用造成大量 N2O 排放[2]、土壤 NO3–-N 積累、土壤酸化板結(jié)、土壤肥力下降等一系列環(huán)境問題[3]。而施用有機肥是中國傳統(tǒng)的耕作方式，大量試驗證明有機肥的施用具有保持土壤肥力和增加產(chǎn)量的雙重效果，并且能夠有效改善土壤物理、化學和生物學特性，提高土壤固碳能力等[4]。但是有機肥肥效緩長，前期氮素供應能力不及化學氮肥[5]，而蔬菜生長周期短，生長發(fā)育前期對氮素需求量較大，單施有機肥不能滿足蔬菜的生長需要。因此有機肥和無機肥配合施用可能是降低蔬菜生產(chǎn)成本、增加蔬菜產(chǎn)量和土壤肥力的有效技術措施[6–8]。

同時，施肥也是影響農(nóng)田溫室氣體 N2O 排放的重要措施[9]。相關研究表明，從 1750 年到 2011 年之間大氣中 N2O 濃度增加了 20%[10]，N2O 能在大氣中滯留較長時間，并參與大氣中許多光化學反應，最終破壞大氣臭氧層[11]。目前，關于有機無機肥料配施對 N2O 排放的研究大多集中在玉米、小麥和水稻等糧食作物上[12–13]，對集約化菜地研究較少，且結(jié)果不一。郝小雨等[14]通過設施番茄和芹菜地試驗發(fā)現(xiàn)，有機無機肥料配施較單施化肥可顯著降低 N2O 排放量，但施用秸稈有機肥和糞便有機肥的結(jié)果存在顯著差異。劉麗娟等[15]則發(fā)現(xiàn)，25% 無機氮肥 + 75%有機氮肥 (豬糞堆肥) 較單施化肥會促進菜地 N2O 排放。此外，Jia 等[16]盆栽試驗表明，有機無機肥料配施與單施化肥處理間菜地 N2O 排放無顯著差異。

本試驗采用靜態(tài)暗箱–氣相色譜法，研究在不同比例有機無機肥料配施下，菜地 N2O 的排放特征和影響因素，為集約化菜地生態(tài)系統(tǒng)科學減排 N2O 提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗點概況

試驗點位于南京市高橋門鎮(zhèn)上坊村 (32°01′N，118°52′E)，地處長江中下游，屬于亞熱帶季風氣候，年平均氣溫 15.4℃，年降水量 1107 mm。試驗地是有數(shù)十年的蔬菜種植歷史的中國南方典型集約化菜地，一年可以種植 3～5 茬蔬菜。本試驗是在當?shù)剞r(nóng)民連續(xù)多年蔬菜種植的基礎上進行。試驗地土壤 pH 值為 5.1、有機碳 14.3 g/kg、總氮 1.7 g/kg、容重 1.2 g/cm3、土壤質(zhì)地為黏土 (其中砂粒 3.5%、粉粒 67.9%、粘粒 28.6%)。

1.2 試驗設計

田間試驗共設四個處理，分別為：不施氮對照(CK)、單施化肥 (NPK)、有機無機肥料 1∶1 配施(M1N1)和有機無機肥料 2∶1 配施 (M2N1)，每個處理 3 次重復，各處理小區(qū)面積 7.5 m2。施肥、翻耕、灌溉的水平、方法及時間等都按照當?shù)毓芾泶胧┻M行。試驗期間連續(xù)種植了 4 季蔬菜，分別為香菜、空心菜、菜秧、菠菜，其中香菜和菠菜種植期間有塑料大棚覆蓋。每季蔬菜收獲后至下季蔬菜種植前有時間不等的休耕期。在每季蔬菜種植前肥料作為基肥一次性施入，施肥量均為 N 250 kg /hm2，其中空心菜生長周期較長，共分為四次收獲，因此在第二茬收獲后按照 N 250 kg /hm2追肥一次。整個觀測期共施肥 5 次，各施氮處理總施氮量為 N 1250 kg/hm2，同時施入等量 (以 N、P2O5、K2O 計) 的磷肥(鈣鎂磷肥，含 P2O514%) 和鉀肥 (氯化鉀，含 K2O 63.2%) (表 1)，不施氮處理補充相應數(shù)量磷鉀肥。試驗所用無機肥為尿素，含氮量 46%，有機肥為南京市土壤肥料站研制的金達牌有機肥，有機質(zhì)含量 35%，含氮量 3.2%，原材料為發(fā)酵微生物菌、發(fā)酵雞糞、風化煤、餅粕等。

1.3 樣品采集與測定

N2O 排放通量的測定采用靜態(tài)暗箱–氣相色譜法。通常每周采集 1 次樣品，施肥和灌溉后加密采樣，1～2 天一次，持續(xù) 10 天左右。采樣時間為上午9:00～11:00，在箱子密閉后的 0、10、20 和 30 min用 20 mL 注射器針筒采集 4 個氣體樣品，采用氣相色譜儀 (Agilent 7890A) 測定樣品中的 N2O 濃度，檢測器為 ECD，載氣為體積分數(shù) 5% 的氬甲烷，檢測溫度為 300℃。根據(jù) 4 個樣品的 N2O 濃度值和采樣時間的直線回歸方程的斜率求得 N2O 的排放通量。

每次采集氣體樣品時，用便攜式溫度計 (JM624，中國天津金明儀器有限公司) 測定采樣箱內(nèi)溫度、大氣溫度以及 10 cm 土層土壤溫度。同時用環(huán)刀和土鉆采集 0—10 cm 表層土壤樣品，測定土壤容重和質(zhì)量含水量并計算土壤充水孔隙度 (water filled pore space, WFPS)。每季產(chǎn)量為當季蔬菜收獲時，收取試驗小區(qū)內(nèi)的所有植株地上部，稱鮮重計為產(chǎn)量，適用于葉菜類。周年蔬菜總產(chǎn)量為 4 季蔬菜產(chǎn)量之和。

為了明確不同配比的有機無機肥料配施對菜地N2O 排放的影響，根據(jù)各處理 N2O 累積排放量和施肥量計算菜地生態(tài)系統(tǒng)的每季和周年 N2O 排放系數(shù)：

土壤充水孔隙度 (water filled pore space, WFPS) =土壤體積含水量/土壤總孔隙度 × 100%

土壤總孔隙度 = 1 – 土壤容重/2.65

N2O 排放系數(shù) = (施氮處理 N2O 排放量 – 不施氮處理 N2O 排放量)/施氮量 × 100%

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用 Microsoft Excel 2013 軟件進行數(shù)據(jù)計算和圖表制作，采用 JMP7.0 軟件對 N2O 排放通量與土壤WFPS、土壤溫度進行相關性分析，對不同處理間N2O 累積排放量、蔬菜產(chǎn)量和排放系數(shù)進行方差分析，并運用 Tukey 法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 N2O 排放通量和土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮動態(tài)變化

從圖 1 可以看出，各處理 N2O 排放通量的季節(jié)性變化規(guī)律基本一致，但不同蔬菜生長季間排放規(guī)律明顯不同。N2O 排放與土壤溫度密切相關，主要集中在土壤溫度較高的 4～10 月 (圖 2)，其他月份排放較小。在 4～10 月，每次施肥灌溉后各處理菜地 N2O排放均出現(xiàn)明顯的排放峰，持續(xù) 7～10 d。各處理排放峰值有較大差異，從高到低依次為 NPK、M2N1、M1N1、CK。其中 N2O 最大排放峰值出現(xiàn)在菜秧種植期間，為 2261 μg/(m2·h)。在 1～4 月和 10～12月這段時間內(nèi)，施肥灌溉后各處理均未出現(xiàn)明顯的排放峰。與 NPK 相比，有機無機肥料配施處理 (M1N1 和 M2N1)在施肥灌溉后 1～10 d 內(nèi)的 N2O 排放峰值較小，且M2N1 處理的排放峰值明顯高于 M1N1 處理。

如圖 3 所示，所有處理的土壤 NH4+-N 含量在35～289 mg/kg 之間波動，CK、M1N1、M2N1 和NPK 四個處理的平均 NH4+-N 含量分別為 51.2 ± 10.9、124.6 ± 59.1、102.5 ± 42.6 和 119.3 ± 82.2 mg/kg；所有處理的 NO3–-N 含量在 45～252 mg/kg 之間波動，CK、M1N1、M2N1 和 NPK 四個處理的平均 NO3–-N含量分別為 69.1 ± 14.2、106.5 ± 30.9、127.3 ± 31.7和 105.7 ± 52.4 mg/kg。施肥和灌溉措施會導致土壤銨態(tài)氮與硝態(tài)氮含量的變化。

圖1 菜地不同配比有機無機肥料各處理 N2O 排放通量動態(tài)變化Fig.1 N2O emission in vegetable field under various fertilizer treatments

圖2 菜地土壤溫度和土壤充水孔隙度Fig.2 Soil water-filled pore space (WFPS) and soil temperature in the vegetable field

2.2 不同處理各季及周年蔬菜產(chǎn)量

從圖 4 可以看出，整個試驗期間內(nèi) CK 處理周年蔬菜產(chǎn)量最低，為 154.2 t/hm2。施用氮肥能夠顯著增加蔬菜產(chǎn)量 (P ＜ 0.05)。與 NPK 處理相比，有機肥無機肥料混合施用顯著增加了空心菜的產(chǎn)量 (P ＜ 0.05)，但對香菜、菜秧、菠菜的產(chǎn)量和周年蔬菜產(chǎn)量無顯著影響。不同有機無機肥料配比處理間，各季蔬菜產(chǎn)量和周年蔬菜產(chǎn)量無顯著差異。

2.3 土壤 WFPS、溫度、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量對菜地 N2O 排放通量的影響

本試驗中，整個觀測期內(nèi)土壤 WFPS 值介于39%～59% 之間，平均值為 51%。相關分析表明WFPS 的變化并未對菜地 N2O 排放通量產(chǎn)生顯著影響 (表 2)。菜地 N2O 排放與全年土壤溫度呈極顯著相關 (表 2，P ＜ 0.01)。另外，圖 1 可以看出，4～10 月份的菜地 N2O 排放通量要明顯高于其他月份，并且該時期內(nèi)的土壤溫度要高于 15℃(圖 2)。因此，我們以 15℃ 為分隔點，以研究土壤溫度與菜地 N2O 排放通量的相關關系 (表 2)。當土壤溫度低于 15℃ 時，各處理菜地 N2O 排放通量與土壤溫度無顯著相關。當土壤溫度高于 15℃ 時，CK、M1N1、M2N1 處理菜地 N2O 排放通量均與土壤溫度顯著相關 (表 2，P＜ 0.05)，而 NPK 處理未發(fā)現(xiàn)此規(guī)律。通過進一步分析發(fā)現(xiàn)，NPK 處理的菜地 N2O 排放通量與土壤無機氮含量顯著相關 (表 2，P ＜ 0.05)，而其余處理菜地N2O 排放通量與土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和無機氮含量間均無顯著相關，這可能與 N2O 的陣發(fā)性排放峰有關，是多種因素綜合作用的結(jié)果[17]。

圖3 菜地不同處理土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮動態(tài)變化Fig.3 Soil NH4+-N and NO3–-N dynamics under combined organic and inorganic fertilizers in the vegetable field

圖4 不同處理各季及周年蔬菜產(chǎn)量Fig.4 Vegetable yield under different treatments

2.4 不同處理菜地各季及周年 N2O 累積排放量和排放系數(shù)

從表 3 中可以看出，在周年種植四種蔬菜過程中，與 CK 處理相比，施用氮肥能夠顯著增加 N2O排放。香菜生長季，N2O 累積排放量最低，且各施氮處理間沒有顯著差異。N2O 排放主要發(fā)生在空心菜生長季，較 M2N1 和 NPK 處理，M1N1 處理的N2O 累積排放量和排放系數(shù)顯著降低 (P ＜ 0.05)，但M2N1 處理和 NPK 處理間無顯著差異。在菜秧生長季和菠菜生長季，M1N1 處理和 M2N1 處理的 N2O累積排放量和排放系數(shù)較 NPK 處理顯著降低 (P ＜0.05)，但 M1N1 處理和 M2N1 處理間無顯著差異。

不同處理間 N2O 周年累積排放量存在顯著差異(P ＜ 0.05)。其中 CK 處理最低，為 N 11.5 kg /hm2；NPK 處理最高，為 N 26.4 kg /hm2。與 NPK 處理相比，M1N1 處理的菜地 N2O 周年累積排放量顯著降低了 36% (P ＜ 0.05)，周年排放系數(shù)顯著降低 64%，而 M2N1 處理減排效果不顯著。同時，M1N1 處理比 M2N1 處理菜地 N2O 周年累積排放量和周年排放系數(shù)分別顯著降低了 29% 和 56% (P ＜ 0.05)。

3 討論

3.1 環(huán)境因子對 N2O 排放的影響

土壤溫度和水分的變化是影響 N2O 排放的主要因素[18]。土壤水分含量能夠影響土壤通氣狀況、微生物活性，進而對土壤中 N2O 的產(chǎn)生、消耗和傳輸過程產(chǎn)生影響[17]。土壤溫度能夠影響土壤硝化、反硝化作用的反應速率，進而影響土壤 N2O 的產(chǎn)生與排放。在本試驗中，雖然土壤水分含量有所變化，但由于菜地頻繁灌溉使得土壤含水量一直維持在相對較高的水平 (圖 2)，因此 N2O 排放通量與土壤水分含量無顯著相關。研究發(fā)現(xiàn)，土壤溫度在 15～25℃ 時，會產(chǎn)生更多 N2O[19]。因此在本試驗中，當土壤溫度高于 15℃ 時，CK、M1N1 和 M2N1 處理的菜地 N2O排放通量與土壤溫度顯著相關 (表 2，P ＜ 0.05)；而NPK 處理菜地 N2O 排放通量與土壤溫度無顯著相關關系，可能是由于無機氮肥的大量投入，使得無機氮成為決定 N2O 產(chǎn)生和排放的主要因素 (表 2)，因此與土壤溫度相關不顯著。在土壤溫度低于 15℃ 時，各處理 N2O 排放通量與土壤溫度間均無顯著相關(表 2)，可能是當溫度較低時，微生物活性較低。

表2 N2O 排放通量與土壤 WFPS、溫度、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量的相關關系(r)Table 2 Correlation between N2O fluxes and soil water-filled pore space (WFPS), soil temperature, contents of NH4+-N, NO3–-N and inorganic nitrogen

表3 不同處理菜地各季及周年 N2O 累積排放量和排放系數(shù)Table 3 Cumulative N2O emissions and N2O emission factors under different treatments

3.2 不同施肥處理對各季及周年蔬菜產(chǎn)量和菜地N2O 排放的影響

有研究表明，采用有機無機肥料混合施用是增加土壤肥力、提高蔬菜產(chǎn)量、降低化學氮肥用量的最佳管理方式[20]。本試驗中，較 NPK 處理，盡管M1N1 處理和 M2N1 處理中可被作物直接吸收利用的無機氮素含量大幅減少，但對香菜、菜秧、菠菜的產(chǎn)量和周年蔬菜產(chǎn)量沒有產(chǎn)生顯著影響，同時顯著提高了空心菜產(chǎn)量 (P ＜ 0.05)。可能是有機無機肥料混合施用有利于改善土壤理化性質(zhì)，減少化學氮肥的損失，加速有機肥的礦化，從而促進作物對氮素的吸收[21]，保證作物產(chǎn)量?？招牟松L周期長，有機肥分解釋放的氮素能夠及時補充作物后期生長所需，因此，有機無機肥料混合施用能夠顯著提高空心菜產(chǎn)量 (圖 4)。

N2O 排放主要來源于土壤中硝化和反硝化作用[22]，受到土壤中碳、氮含量的影響[23]。有機無機肥料配施不僅為土壤中微生物提供了碳源，還改變了氮素形態(tài)及土壤 C/N，影響微生物活動和 N2O 排放[14]。雖然施用有機肥對 N2O 排放影響的研究較多，但結(jié)論不一[24–27]。本研究中不同比例有機無機肥料配施對菜地 N2O 排放存在顯著不同的影響 (表 3)。與 NPK 相比，M1N1 處理顯著降低了菜地空心菜季、菜秧季和菠菜季的 N2O 累積排放量和周年累積排放量，而對香菜季 N2O 累積排放量無顯著影響 (表 3，P ＜ 0.05)，可能是香菜季溫度較低，土壤微生物活性低?？招牟思尽⒉搜砑竞筒げ思?M1N1 處理 N2O 累積排放量顯著低于 NPK 處理，這主要是因為有機氮部分替代無機氮，使得微生物可以直接利用的無機氮量減少，從而減少 N2O 排放[28]。

然而，與 NPK 處理相比，M2N1 處理菜地 N2O周年累積排放量沒有顯著差異。同時，與 M1N1 處理相比，M2N1 處理顯著增加了空心菜季菜地 N2O累積排放量和周年累積排放量 (表 3，P ＜ 0.05)。原因可能是，M2N1 處理較 M1N1 處理施入了更多的外源碳，提供了更加充足的電子供體，促進微生物活動[30]。M2N1 處理更高的 C/N 提高了反硝化微生物對氮素的競爭力，形成一個更加有利于反硝化過程進行的環(huán)境，進一步促進了菜地氮素反硝化過程[30–32]，從而使 N2O 累積排放量較 M1N1 處理顯著增加，同時 M2N1 處理較 NPK 處理減排效果不顯著。因此，M2N1 處理在施肥灌溉后的 N2O 排放峰值高于 M1N1處理 (圖 1)。同時，空心菜季作物生長周期長，微生物活性高，M2N1 處理的有機肥在土壤中分解持續(xù)時間更長，同時所釋放的氮素在后期也較高，進而排放更多的 N2O。在菜秧季由于生長周期短，有機肥分解程度低，M2N1 處理較 M1N1 處理 N2O 累積排放量雖然有所增加，但未達到顯著水平。

因此，本試驗中 M1N1 處理在保證蔬菜產(chǎn)量的同時，顯著降低了菜地 N2O 排放量及排放系數(shù)，是一種值得推薦的菜地施肥方式；M2N1 處理則與NPK 處理具有相當?shù)氖卟水a(chǎn)量和 N2O 排放量及排放系數(shù)?？傮w來說，施用有機肥對 N2O 排放的影響受外源碳、氮供應水平、土壤供氮水平、微生物對有機碳的分解及作物對氮素的利用等因素的綜合影響。因此，有關有機肥料配合施用對土壤 N2O 排放影響的機理尚需進一步研究。

4 結(jié)論

菜地 N2O 排放通量與 10 cm 土壤溫度顯著相關。不同有機無機肥料配比顯著影響菜地 N2O 排放量及排放系數(shù)。選用有機無機肥料 1∶1 配施，能夠保證蔬菜產(chǎn)量并顯著降低菜地 N2O 排放量及排放系數(shù)，是一種值得推薦的菜地施肥方式。

[1]Ju X T, Kou C L, Zhang F S, et al. Nitrogen balance and groundwater nitrate contamination: Comparison among three intensive cropping systems on the North China Plain [J]. Environmental Pollution, 2006, 143(1): 117–125.

[2]邱煒紅, 劉金山, 胡承孝, 等. 不同施氮水平對菜地土壤N2O排放的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報, 2010, 29(11): 2238–2243. Qiu W H, Liu J S, Hu C X, et al. Effects of nitrogen application rates on nitrous oxide emission from a typical intensive vegetable cropping system [J]. Journal of Agro-Environment Science, 2010, 29(11): 2238–2243.

[3]黃國勤, 王興祥, 錢海燕, 等. 施用化肥對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的負面影響及對策 [J]. 生態(tài)環(huán)境, 2004, 13(4): 656–660. Huang G Q, Wang X X, Qian H Y, et al. Negative impact of inorganic fertilizes application on agricultural environment and its countermeasures [J]. Ecology and Environment, 2004, 13(4): 656–660.

[4]王立剛, 李維炯, 邱建軍, 等. 生物有機肥對作物生長, 土壤肥力及產(chǎn)量的效應研究 [J]. 土壤肥料, 2004, (5): 12–16. Wang L G, Li W J, Qiu J J, et al. Effect of biological organic fertilizer on crops growth, soil fertility and yield [J]. Soils & Fertilizers, 2004, (5): 12–16.

[5]歐楊虹, 徐陽春, 沈其榮. 有機氮部分替代無機氮對水稻產(chǎn)量和氮素利用率的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學, 2009, 25(1): 106–111. Ouyang Y H, Xu Y C, Shen Q R. Effect of combined use of organic and in-organic nitrogen fertilizer on rice yield and nitrogen use efficiency [J]. Jiangsu Journal of Agricultural Sciences, 2009, 25(1): 106–111.

[6]吳建繁, 王運華. 無公害蔬菜營養(yǎng)與施肥研究進展[J]. 植物學通報, 2000, 17(6): 492–503. Wu J F, Wang Y H. Progress in studies on nutrition and fertilization of non-pollution vegetables [J]. Chinese Bulletin of Botany, 2000,17(6): 492–503.

[7]張世賢. 我國有機肥料的資源利用問題和對策[J]. 磷肥與復肥, 2001, 16(1): 8–11. Zhang S X. Issues on utilization of domestic organic fertilizer resources and its countermeasure [J]. Phosphate & Compound Fertilizer, 2001, 16(1): 8–11.

[8]Sneh Goyal K, Chander M C, Mundra, et al. Influence of inorganic fertilizers and organic amendments on soil organic matter and soil microbial properties under tropical conditions [J]. Biology and Fertility of Soils, 1999, 29(2): 196–200．

[9]Snyder C S, Bruulsema T W, Jensen T L, et al. Review of greenhouse gas emissions from crop production systems and fertilizer management effects [J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2009, 133(3): 247–266.

[10]IPCC. Climate change 2013: the physical science basis [R]. Cambridge University Press, 2013.

[11]Ravishankara A R, Daniel J S, Portmann R W. Nitrous oxide (N2O): The dominant ozone-depleting substance emitted in the 21st century [J]. Science, 2009, 326(5949): 123.

[12]周鵬, 李玉娥, 劉利民,等. 施肥處理和環(huán)境因素對華北平原春玉米田N2O排放的影響—以山西晉中為例 [J]. 中國農(nóng)業(yè)氣象, 2011, 32(2): 179–184. Zhou P, Li Y E, Liu L M, et al. Effects of fertilization and environment factors on N2O emission in spring corn field in north China plain–a case study of Jinzhong in Shanxi Province [J]. Chinese Journal of Agrometeorology, 2011, 32(2): 179–184.

[13]翟振, 王立剛, 李虎, 等. 有機無機肥料配施對春玉米農(nóng)田N2O排放及凈溫室效應的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報, 2013,32(12): 2502–2510 Zhai Z, Wang L G, Li H, et al. Nitrous oxide emissions and net greenhouse effect from spring-maize field as influenced by combined application of manure and inorganic fertilizer [J]. Journal of Agro Environment Science, 2013, 32(12): 2502–2510.

[14]郝小雨, 高偉, 王玉軍, 等. 有機無機肥料配合施用對設施菜田土壤N2O排放的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2012,18(5): 1075–1088. Hao X Y, Gao W, Wang Y J, et al. Effects of combined application of organic manure and chemical fertilizers on N2O emission from greenhouse vegetable soil [J]. Plant Nutrition & Fertilizer Science, 2012, 18(5): 1075–1088.

[15]劉麗鵑. 有機無機配施對大棚和露地蔬菜生長及土壤性狀和溫室氣體排放的影響[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學碩士學位論文, 2013. Liu L J. Effect of ratio of organic manure/chemical fertilizer on vegetables growth, soil properties and greenhouse gas emission under greenhouse and open field conditions [D]. Nanjing: MS Thesis of Nanjing Agricultural University, 2013.

[16]Jia J X, Li B, Chen Z Z, et al. Effects of biochar application on vegetable production and emissions of N2O and CH4[J]. Soil Science & Plant Nutrition, 2012, 58(4): 1–7.

[17]于亞軍, 朱波, 邢光軍. 成都平原土壤蔬菜系統(tǒng)N2O排放特征[J]. 中國環(huán)境科學, 2008, 28(4): 313–318. Yu Y J, Zhu B, Xing G J. N2O emission from soil-vegetable system and impact factors in Chengdu Plain of Sichuan Basin [J]. China Environmental Science, 2008, 28(4): 313–318.

[18]Weier K L, Doran J W, Power J F, et al. Denitrification and the dinitrogen/nitrous oxide ratio as affected by soil water, available carbon, and nitrate [J]. Soil Science Society of America Journal, 1993, 57(1): 66–72.

[19]鄭循華, 王明星, 王躍思,等. 溫度對農(nóng)田N2O產(chǎn)生與排放的影響[J].環(huán)境科學, 1997, 18: 1–5. Zheng X H, Wang M X, wang Y S, et al. Impacts of temperature on N2O production and emission [J]. Chinese Journal of Environmental Science, 1997, 18: 1–5.

[20]Mahmoud E, El-Kader N A, Robin P, et al. Effects of different organic and inorganic fertilizers on cucumber yield and some soil properties [J]. World Journal of Agricultural Scienc, 2009, 5(4): 408–414.

[21]Azeez J O, Van Averbeke W, Okorogbona A O M. Differential responses in yield of pumpkin (Cucurbita maxima L.) and nightshade (Solanum retroflexum Dun.) to the application of three animal manures [J]. Bioresource Technology, 2010, 101(7): 2499–2505.

[22]Paul J W, Beauchamp E G, Zhang X. Nitrous and nitric oxide emissions during nitrification and denitrification from manureamended soil in the laboratory [J]. Canadian Journal of Soil Science, 1993,73(4): 539–553.

[23]Chadwick D R, Pain B F, Brookman S K E. Nitrous oxide and methane emissions following application of animal manures to grassland [J]. Journal of Environmental Quality, 2000, 29(29): 277–287.

[24]董玉紅, 歐陽竹, 李運生, 等. 不同施肥方式對農(nóng)田土壤CO2和N2O排放的影響[J]. 中國土壤與肥料, 2007,(4): 34–39. Dong Y H, Ouyang Z, Li Y S, et al. Influence of different fertilization on CO2and N2O fluxes from agricultural soil [J]. Soil & Fertilizer Sciences in China, 2007, (4):34-39.

[25]李曉, 顏曉元, 邢光熹, 等. 不同動物排泄物氮的作物利用及對N2O排放的貢獻[J]. 土壤, 2008, 40(4): 548–553. Li X, Yan X Y, Xing G X, et al. Nitrogen utilization ratio and N2O emission from different animal manures [J]. Soils, 2008, 40(4): 548–553.

[26]Meng L, Ding W, Cai Z. Long-term application of organic manure and nitrogen fertilizer on N2O emissions, soil quality and crop production in a sandy loam soil [J]. Soil Biology & Biochemistry, 2005, 37(11): 2037–2045.

[27]Yang B, Xiong Z, Wang J, et al. Mitigating net global warming potential and greenhouse gas intensities by substituting chemical nitrogen fertilizers with organic fertilization strategies in rice-wheat annual rotation systems in China: A 3-year field experiment [J]. Ecological Engineering, 2015, 81: 289–297.

[28]勾繼, 鄭循華. 華東地區(qū)稻麥輪作農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)N2O排放的模擬研究[J]. 大氣科學, 2000, 24(6): 835–842. Gou J, Zheng X H. A simulating study of N2O emission from a ricewheat rotation ecosystem in southeast China [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences, 2000, 24(6): 835–842.

[29]鞏有奎, 王淑瑩, 王莎莎, 王賽. 碳氮比對短程反硝化過程中N2O產(chǎn)生的影響[J]. 化工學報, 2011, 62(7): 2049–2054. Gong Y K, Wang S Y, Wang S S, Wang S. Effect of C/N ratio on N2O accumulation and reduction during nitrite denitrification process [J]. CIESC Journal, 2011, 62(7): 2049–2054.

[30]Cai Y J, Ding W X, Luo J F. Nitrous oxide emissions from Chinese maize-wheat rotation systems: a 3-year field measurement [J]. Atmospheric Environment, 2013, 65: 112–122.

[31]Follett R F, Hatfield J L. Nitrogen in the environment: sources, problems, and management [J]. Scientific World Journal, 2001, 1(suppl 2):920–926.

[32]Hayakawa A, Akiyama H, Sudo S, et al. N2O and NO emissions from an Andisol field as influenced by pelleted poultry manure [J]. Soil Biology & Biochemistry, 2009, 41(3): 521–529.

Effects of combined organic and inorganic fertilizers on N2O emissions in intensified vegetable field

BI Zhi-chao, ZHANG Hao-xuan, FANG Ge, GUO Shu, XIONG Zheng-qin*
( College of Resources and Environmental Sciences, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China )

【Objectives】Effects of combined application of organic manure (M) and inorganic nitrogen fertilizers (N) on annual N2O emissions from vegetable fields were studied using the static chamber-gas chromatograph method. 【Methods】Field experiments were established in triplicates with four treatments: CK (without N application), NPK, M1N1 (M and N in the ratio of 1∶1) and M2N1 (M and N in the ratio of 2∶1), and N amount was equally applied in the N-fertilized treatments. Coriander herb, water spinach, baby bok choy and spinach were cultivated in turn with short time of fallow in between. The N2O emissions were normally monitored in week frequency, but in every two days after fertilization and irrigation. Once N basal application was N 250 kg/hm2for crop except for water spinach with twice application. The total N input during the experiment was 1250 kg/hm2. 【Results】N2O emissions mainly emitted from April to October, which were significantly correlated with soil temperature in the 10 cm depth in all treatments. The N2O flux in NPK treatment had significant correlation with soil inorganic nitrogen content, but in CK, M1N1 and M2N1 treatments, the N2Ofluxes had no significant correlations with soil nitrate, ammonium and inorganic nitrogen contents. In addition, WFPS (water filled pore space) ranged from 39% to 59% and no significant correlations between soil moisture and N2O fluxes were detected during the experimental period. Compared with NPK treatment, the vegetable yields of water spinach had been significantly improved in M1N1 and M2N1 treatments, but there were no significant differences in cumulative vegetable yields between M1N1, M2N1 and NPK treatments. Compared with the NPK treatment, the cumulative N2O emission and N2O emission factor (EF) in the M1N1 treatment was significantly decreased by 36% and 64%, respectively. Meanwhile, compared with M2N1 treatment, the cumulative N2O emission and N2O emission factor (EF) in the M1N1 treatment was significantly decreased by 29% and 56%, respectively. But the effect in reducing N2O emission was insignificantly in M2N1 treatment, compared with NPK treatment.【Conclusions】Appropriate ratio of chemical and organic fertilizer is necessary for mitigating N2O emissions in intensified vegetable fields. In the experimental conditions, the ratio of chemical N to organic N in 1∶1 is satisfactory for ensuring vegetable yield and keeping low annual emission of N2O.

intensive vegetable field; combined application of organic and inorganic fertilizers; N2O emission

2015–03–24接受日期：2016–05–26

國家科技支撐計劃（2013BAD11B01）；公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201503106）；國家自然科學基金面上項目（41471192）資助。

畢智超（1991—），男，山東萊蕪人，碩士研究生，主要從事農(nóng)田溫室氣體減排研究。E-mail：2014103097@njau.edu.cn

* 通信作者 E-mail：zqxiong@njau.edu.cn